- add sources.
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / base / threading / thread_local_storage_win.cc
1 // Copyright (c) 2012 The Chromium Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
3 // found in the LICENSE file.
4
5 #include "base/threading/thread_local_storage.h"
6
7 #include <windows.h>
8
9 #include "base/logging.h"
10
11
12 namespace {
13 // In order to make TLS destructors work, we need to keep function
14 // pointers to the destructor for each TLS that we allocate.
15 // We make this work by allocating a single OS-level TLS, which
16 // contains an array of slots for the application to use.  In
17 // parallel, we also allocate an array of destructors, which we
18 // keep track of and call when threads terminate.
19
20 // g_native_tls_key is the one native TLS that we use.  It stores our table.
21 long g_native_tls_key = TLS_OUT_OF_INDEXES;
22
23 // g_last_used_tls_key is the high-water-mark of allocated thread local storage.
24 // Each allocation is an index into our g_tls_destructors[].  Each such index is
25 // assigned to the instance variable slot_ in a ThreadLocalStorage::Slot
26 // instance.  We reserve the value slot_ == 0 to indicate that the corresponding
27 // instance of ThreadLocalStorage::Slot has been freed (i.e., destructor called,
28 // etc.).  This reserved use of 0 is then stated as the initial value of
29 // g_last_used_tls_key, so that the first issued index will be 1.
30 long g_last_used_tls_key = 0;
31
32 // The maximum number of 'slots' in our thread local storage stack.
33 const int kThreadLocalStorageSize = 64;
34
35 // The maximum number of times to try to clear slots by calling destructors.
36 // Use pthread naming convention for clarity.
37 const int kMaxDestructorIterations = kThreadLocalStorageSize;
38
39 // An array of destructor function pointers for the slots.  If a slot has a
40 // destructor, it will be stored in its corresponding entry in this array.
41 // The elements are volatile to ensure that when the compiler reads the value
42 // to potentially call the destructor, it does so once, and that value is tested
43 // for null-ness and then used. Yes, that would be a weird de-optimization,
44 // but I can imagine some register machines where it was just as easy to
45 // re-fetch an array element, and I want to be sure a call to free the key
46 // (i.e., null out the destructor entry) that happens on a separate thread can't
47 // hurt the racy calls to the destructors on another thread.
48 volatile base::ThreadLocalStorage::TLSDestructorFunc
49     g_tls_destructors[kThreadLocalStorageSize];
50
51 void** ConstructTlsVector() {
52   if (g_native_tls_key == TLS_OUT_OF_INDEXES) {
53     long value = TlsAlloc();
54     DCHECK(value != TLS_OUT_OF_INDEXES);
55
56     // Atomically test-and-set the tls_key.  If the key is TLS_OUT_OF_INDEXES,
57     // go ahead and set it.  Otherwise, do nothing, as another
58     // thread already did our dirty work.
59     if (TLS_OUT_OF_INDEXES != InterlockedCompareExchange(
60             &g_native_tls_key, value, TLS_OUT_OF_INDEXES)) {
61       // We've been shortcut. Another thread replaced g_native_tls_key first so
62       // we need to destroy our index and use the one the other thread got
63       // first.
64       TlsFree(value);
65     }
66   }
67   DCHECK(!TlsGetValue(g_native_tls_key));
68
69   // Some allocators, such as TCMalloc, make use of thread local storage.
70   // As a result, any attempt to call new (or malloc) will lazily cause such a
71   // system to initialize, which will include registering for a TLS key.  If we
72   // are not careful here, then that request to create a key will call new back,
73   // and we'll have an infinite loop.  We avoid that as follows:
74   // Use a stack allocated vector, so that we don't have dependence on our
75   // allocator until our service is in place.  (i.e., don't even call new until
76   // after we're setup)
77   void* stack_allocated_tls_data[kThreadLocalStorageSize];
78   memset(stack_allocated_tls_data, 0, sizeof(stack_allocated_tls_data));
79   // Ensure that any rentrant calls change the temp version.
80   TlsSetValue(g_native_tls_key, stack_allocated_tls_data);
81
82   // Allocate an array to store our data.
83   void** tls_data = new void*[kThreadLocalStorageSize];
84   memcpy(tls_data, stack_allocated_tls_data, sizeof(stack_allocated_tls_data));
85   TlsSetValue(g_native_tls_key, tls_data);
86   return tls_data;
87 }
88
89 // Called when we terminate a thread, this function calls any TLS destructors
90 // that are pending for this thread.
91 void WinThreadExit() {
92   if (g_native_tls_key == TLS_OUT_OF_INDEXES)
93     return;
94
95   void** tls_data = static_cast<void**>(TlsGetValue(g_native_tls_key));
96   // Maybe we have never initialized TLS for this thread.
97   if (!tls_data)
98     return;
99
100   // Some allocators, such as TCMalloc, use TLS.  As a result, when a thread
101   // terminates, one of the destructor calls we make may be to shut down an
102   // allocator.  We have to be careful that after we've shutdown all of the
103   // known destructors (perchance including an allocator), that we don't call
104   // the allocator and cause it to resurrect itself (with no possibly destructor
105   // call to follow).  We handle this problem as follows:
106   // Switch to using a stack allocated vector, so that we don't have dependence
107   // on our allocator after we have called all g_tls_destructors.  (i.e., don't
108   // even call delete[] after we're done with destructors.)
109   void* stack_allocated_tls_data[kThreadLocalStorageSize];
110   memcpy(stack_allocated_tls_data, tls_data, sizeof(stack_allocated_tls_data));
111   // Ensure that any re-entrant calls change the temp version.
112   TlsSetValue(g_native_tls_key, stack_allocated_tls_data);
113   delete[] tls_data;  // Our last dependence on an allocator.
114
115   int remaining_attempts = kMaxDestructorIterations;
116   bool need_to_scan_destructors = true;
117   while (need_to_scan_destructors) {
118     need_to_scan_destructors = false;
119     // Try to destroy the first-created-slot (which is slot 1) in our last
120     // destructor call.  That user was able to function, and define a slot with
121     // no other services running, so perhaps it is a basic service (like an
122     // allocator) and should also be destroyed last.  If we get the order wrong,
123     // then we'll itterate several more times, so it is really not that
124     // critical (but it might help).
125     for (int slot = g_last_used_tls_key; slot > 0; --slot) {
126       void* value = stack_allocated_tls_data[slot];
127       if (value == NULL)
128         continue;
129       base::ThreadLocalStorage::TLSDestructorFunc destructor =
130           g_tls_destructors[slot];
131       if (destructor == NULL)
132         continue;
133       stack_allocated_tls_data[slot] = NULL;  // pre-clear the slot.
134       destructor(value);
135       // Any destructor might have called a different service, which then set
136       // a different slot to a non-NULL value.  Hence we need to check
137       // the whole vector again.  This is a pthread standard.
138       need_to_scan_destructors = true;
139     }
140     if (--remaining_attempts <= 0) {
141       NOTREACHED();  // Destructors might not have been called.
142       break;
143     }
144   }
145
146   // Remove our stack allocated vector.
147   TlsSetValue(g_native_tls_key, NULL);
148 }
149
150 }  // namespace
151
152 namespace base {
153
154 ThreadLocalStorage::Slot::Slot(TLSDestructorFunc destructor) {
155   initialized_ = false;
156   slot_ = 0;
157   Initialize(destructor);
158 }
159
160 bool ThreadLocalStorage::StaticSlot::Initialize(TLSDestructorFunc destructor) {
161   if (g_native_tls_key == TLS_OUT_OF_INDEXES || !TlsGetValue(g_native_tls_key))
162     ConstructTlsVector();
163
164   // Grab a new slot.
165   slot_ = InterlockedIncrement(&g_last_used_tls_key);
166   DCHECK_GT(slot_, 0);
167   if (slot_ >= kThreadLocalStorageSize) {
168     NOTREACHED();
169     return false;
170   }
171
172   // Setup our destructor.
173   g_tls_destructors[slot_] = destructor;
174   initialized_ = true;
175   return true;
176 }
177
178 void ThreadLocalStorage::StaticSlot::Free() {
179   // At this time, we don't reclaim old indices for TLS slots.
180   // So all we need to do is wipe the destructor.
181   DCHECK_GT(slot_, 0);
182   DCHECK_LT(slot_, kThreadLocalStorageSize);
183   g_tls_destructors[slot_] = NULL;
184   slot_ = 0;
185   initialized_ = false;
186 }
187
188 void* ThreadLocalStorage::StaticSlot::Get() const {
189   void** tls_data = static_cast<void**>(TlsGetValue(g_native_tls_key));
190   if (!tls_data)
191     tls_data = ConstructTlsVector();
192   DCHECK_GT(slot_, 0);
193   DCHECK_LT(slot_, kThreadLocalStorageSize);
194   return tls_data[slot_];
195 }
196
197 void ThreadLocalStorage::StaticSlot::Set(void* value) {
198   void** tls_data = static_cast<void**>(TlsGetValue(g_native_tls_key));
199   if (!tls_data)
200     tls_data = ConstructTlsVector();
201   DCHECK_GT(slot_, 0);
202   DCHECK_LT(slot_, kThreadLocalStorageSize);
203   tls_data[slot_] = value;
204 }
205
206 }  // namespace base
207
208 // Thread Termination Callbacks.
209 // Windows doesn't support a per-thread destructor with its
210 // TLS primitives.  So, we build it manually by inserting a
211 // function to be called on each thread's exit.
212 // This magic is from http://www.codeproject.com/threads/tls.asp
213 // and it works for VC++ 7.0 and later.
214
215 // Force a reference to _tls_used to make the linker create the TLS directory
216 // if it's not already there.  (e.g. if __declspec(thread) is not used).
217 // Force a reference to p_thread_callback_base to prevent whole program
218 // optimization from discarding the variable.
219 #ifdef _WIN64
220
221 #pragma comment(linker, "/INCLUDE:_tls_used")
222 #pragma comment(linker, "/INCLUDE:p_thread_callback_base")
223
224 #else  // _WIN64
225
226 #pragma comment(linker, "/INCLUDE:__tls_used")
227 #pragma comment(linker, "/INCLUDE:_p_thread_callback_base")
228
229 #endif  // _WIN64
230
231 // Static callback function to call with each thread termination.
232 void NTAPI OnThreadExit(PVOID module, DWORD reason, PVOID reserved) {
233   // On XP SP0 & SP1, the DLL_PROCESS_ATTACH is never seen. It is sent on SP2+
234   // and on W2K and W2K3. So don't assume it is sent.
235   if (DLL_THREAD_DETACH == reason || DLL_PROCESS_DETACH == reason)
236     WinThreadExit();
237 }
238
239 // .CRT$XLA to .CRT$XLZ is an array of PIMAGE_TLS_CALLBACK pointers that are
240 // called automatically by the OS loader code (not the CRT) when the module is
241 // loaded and on thread creation. They are NOT called if the module has been
242 // loaded by a LoadLibrary() call. It must have implicitly been loaded at
243 // process startup.
244 // By implicitly loaded, I mean that it is directly referenced by the main EXE
245 // or by one of its dependent DLLs. Delay-loaded DLL doesn't count as being
246 // implicitly loaded.
247 //
248 // See VC\crt\src\tlssup.c for reference.
249
250 // extern "C" suppresses C++ name mangling so we know the symbol name for the
251 // linker /INCLUDE:symbol pragma above.
252 extern "C" {
253 // The linker must not discard p_thread_callback_base.  (We force a reference
254 // to this variable with a linker /INCLUDE:symbol pragma to ensure that.) If
255 // this variable is discarded, the OnThreadExit function will never be called.
256 #ifdef _WIN64
257
258 // .CRT section is merged with .rdata on x64 so it must be constant data.
259 #pragma const_seg(".CRT$XLB")
260 // When defining a const variable, it must have external linkage to be sure the
261 // linker doesn't discard it.
262 extern const PIMAGE_TLS_CALLBACK p_thread_callback_base;
263 const PIMAGE_TLS_CALLBACK p_thread_callback_base = OnThreadExit;
264
265 // Reset the default section.
266 #pragma const_seg()
267
268 #else  // _WIN64
269
270 #pragma data_seg(".CRT$XLB")
271 PIMAGE_TLS_CALLBACK p_thread_callback_base = OnThreadExit;
272
273 // Reset the default section.
274 #pragma data_seg()
275
276 #endif  // _WIN64
277 }  // extern "C"